色谱法的理论与实践

单击此处编辑母版标题样式,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,色谱法的理论与实践,9/22/2024,1,一、色谱基础理论概述,色谱法或称层析法（chromatography）是一种物理或物理化学的分离分析方法。,1906年俄国植物学家Tswett M将碳酸钙装在竖立的玻璃柱内，从顶端倒入植物色素的石油醚浸取液，并用石油醚冲洗，在柱的不同部位形成色带，因而命名为色谱法。,9/22/2024,2,色谱法是利用物质在不同的两相中,分配、吸附或其他亲和作用,的差异，通过多次重复使微小的差别积累起来变成大的,差异,，从而使混合物中各组分,达到分离,。,色谱技术在近二十多年中的飞速发展已形成一门专门的科学，称为,色谱学,。广泛应用于各个领域，成为,多组分混合物,的最重要的,分离分析,方法。,9/22/2024,3,二、色谱法的分类,按流动相与固定相的,分子聚集状态,分类,按流动相的分子聚集状态分类,GC,，,LC,，,超临界流体色谱（,SFC,）,按固定相的聚集状态分类,气相色谱法（气,-,固，气,-,液）,液相色谱法（液,-,固，液,-,液）,按,操作形式,分类,柱色谱，平面色谱，逆流分配,9/22/2024,4,按,色谱过程的分离机制分类,吸附色谱（adsorption ）,利用吸附能力的差别.,分配色谱（partition ）,利用分配系数的差别.,空间（分子）排阻色谱（steric exclusion ）或称凝胶色谱法（gel ）,利用被测物分子大小不同而导致的渗透系数差异.,9/22/2024,5,离子交换色谱（ion exchange ）,利用在离子交换树脂上的交换能力差别。又可分为:,氨基酸分析（aminoacid analysis）,离子色谱法（ion chromatography）,亲合色谱（affinity ）,将生物活性配位基（酶、辅酶，抗体等）键合到载体表面形成固定相，利用亲合力大小进行分离(专用于蛋白质等生化样品）。,9/22/2024,6,毛细管电色谱（capillary electro- ）,依靠色谱与电场两种作用力，利用分配系数和电泳速度差别而分离。,毛细管电泳,（capillary electrophoresis）,以高压电场为驱动力，根据样品组分的淌度和分配系数而分离。,手性色谱（chiral chromatography）,利用手性识别原理，用于手性药物的分离分析。,9/22/2024,7,填充柱,毛细管柱,毛细管电色谱,毛细管电泳,柱色谱,平面色谱,逆流分配色谱,GC,LC,SFC,CEC,色谱法,经典液相色谱,HPLC,纸色谱法,薄层色谱法,薄膜色谱法,9/22/2024,8,热力学理论,塔片理论,是由平衡的观点来研究分离过程，是一种半经验理论，以塔片,理论为代表,。,动力学理论,速率理论,是从动力学观点，即速度来研究各种动力学因素对柱效的影响，以Van Deemeter方程式为代表。,三、色谱理论,9/22/2024,9,基本概念,色谱峰（peak）样品产生的电信号强度对洗脱时间作图。称为流出曲线，浓度 -时间曲线，也称色谱带（band）。,色谱峰有三种形式：,对称峰,拖尾峰（tailing peak）,前延峰（leading peak）,9/22/2024,10,峰形参数：,对称因子（symmetry factor，fs）,fs,=(A+B)/2A； 或用：,拖尾因子（tailing factor，T）来衡量,T=W,0.05h,/2d1,T=0.951.05(正常峰),T0.95(前延峰),T1.05(拖尾峰),掌握,9/22/2024,11,T=,W,0.05h,/2d1， 或fs=(A+B)/2A,W,0.05h,= x =h/20,峰的对称性,h,A B,d1,x,W,0.05h,9/22/2024,12,一个色谱峰，可用三项参数来描述：,峰高或峰面积定量,峰位（保留值）定性,峰宽 衡量柱效,峰面积(A),峰高(h),t,R,t,R,掌握,9/22/2024,13,基线（base line ）在操作条件下，检测器中只有流动相通过时的流出曲线称为基线。它反映了仪器的噪音随时间的变化。,噪音（noise ，N）各种未知的偶然因素引起的基线起伏的现象称为噪音。噪音的大小用噪音带的宽度来描述。,N,mv,基线漂移,掌握,9/22/2024,14,定性参数,保留值,保留时间，保留体积,相对保留值,保留指数,9/22/2024,15,保留值,保留时间,（,retention time ，t,R,）进样开始到组分色谱峰顶点时间间隔。,死时间（dead time ，t,0,或t,M,）流动相通过色谱系统的时间。,9/22/2024,16,调整保留时间（adjusted retention time，t,R,）也称为表观保留时间、校正保留时间某组分由于溶解或被吸附于固定相，比不溶解或不被吸附的组分在柱中多停留的时间，即：,t,R,= t,R, t,0,，在实验条件一定（温度、固定相）， t,R,决定组分的性质，故t,R,是定性的基本参数。,9/22/2024,17,t,R1,t,R3,t,R2,t,0,t,R3,t,R2,t,R1,mv,time,进样,9/22/2024,18,保留体积（retention volume，V,R,），又称洗脱体积流动相携带样品进入色谱柱，由进样开始到某组分在柱后出现浓度极大值时，通过色谱柱的流动相体积。,9/22/2024,19,相对保留值（,1,2,),指组分（1）与参照物（2）两者调整保留值的比值。,1,2,=,t,R（1）,/,t,R（2）,= K,1,/K,2,(K为分配系数）,保留指数（,I,，,Kovats,指数,）,是把组分的保留行为换算成相当于含有几个碳的正构烷烃的保留行为来描述。,9/22/2024,20,柱效率的参数（,色谱峰的区域宽度）,标准差,（,，standard deviation),半峰宽,（peak width at half-height，W,1/2,或Y,1/2,）,基线宽度,（peak width，W或Y）,熟悉,9/22/2024,21,标准差,在正态分布曲线中，将x=1处（拐点）的峰宽之半称为标准偏差。在实际工作中,标准差为峰高0.607h 处的峰宽之半。,峰形窄， 小，分散度小，柱效高。反之，柱效低。,h,0.607h, ,x,x= 0时，曲线的高度为峰高h,9/22/2024,22,半峰宽也称半腰宽，为色谱峰高之半处的峰宽。W,1/2,=2.355,，,W,1/2,易确定，且比值大，故测量误差较小。,h,0.5h,W,1/2,9/22/2024,23,峰宽也称基线宽度。对色谱峰两侧的拐点作切线,在极限上所截的距离,称为峰宽。,对色谱峰两侧作切线后为等腰三角形，底边为峰宽，而,为等腰三角形高度之半处的宽度之半，所以 ：W=4,W,9/22/2024,24, ,W,h,0.5h,0.607h,W,1/2,W,1/2,=2.355,，W=4=1.699W,1/2,9/22/2024,25,分配系数（partition coefficient，K ）,在一定条件下，达到分配平衡后：,样品组分在固定相中的浓度（,C,s）,样品组分在流动相中的浓度（,C,m）,K,=,C,s /,C,m,=,K,9/22/2024,26,分离参数,分离参数用于衡量分离条件的优劣，常用分离度，表示。,分离度（,resolution,，,R,）,R=,即相邻两峰分开的距离是平均峰宽,(,W,1,+W,2,),/2,的几倍。,R,大,分离效果好,。,2（t,R2,-t,R1,）,W,1,+W,2,9/22/2024,27,R=0.5,t,R2,-t,R1,=2,，,称为2,分离。分离后各峰露出的面积68.3%,R=1.0,称为4,（峰顶间距为,4,），两峰峰基略有重叠，裸露峰面积95.4%,R=1.5,t,R2,-t,R1,=6,，,称为6,分离（峰顶间距为,6,），分离后各峰露出的面积99.7%,R1.5,R1.5，称为完全分离,9/22/2024,28,塔板理论,把色谱柱看作一个分馏塔，在每个塔板的间隔内，样品混合物在气液两相中达到分配平衡，经多次分配平衡后，分配系数小的组分，先到达塔顶（先流出色谱柱）。由于色谱柱的塔板相当多，因此分配系数的微小差别就可获得很好的分离效果。,在柱内一小段长度H内（相当于一个分馏塔），组分可以很快在两相间达到平衡，H称为理论塔板高度。,9/22/2024,29,理论板数（n）与理论板高度（H）,n=（t,R,/,）,2,n=5.54,（t,R,/,w,1/2,）,2,n= 16,(t,R,/,w),2,n 越大 ，柱效越高。,如果用,t,R,计算理论板数，所得值为有效理论板数 n,有效,9/22/2024,30,理论板数取决于：,固定相种类、性质、填充状况、柱长；,流动相及其流速；,被测物性质等。,理论板高 (H),H=L / n,L为色谱柱长度，当L一定时，H与n呈反比，即,H越小，柱效越高,。,9/22/2024,31,速率理论,速率理论是把色谱过程看作一个动态过程，研究过程中的动力学因素对峰展宽的影响。,气相色谱, Van,Deemeter,方程式,HPLC,速率方程式,Giddings,方程式,9/22/2024,32,重点：,1.色谱理论,2.色谱分类方法,3.主要术语概念：,9/22/2024,33,